ARM7啟動(dòng)過(guò)程

嵌入式系統(tǒng)資源有限,程序通常都固化在ROM總運(yùn)行。ROM中程序執(zhí)行前,需要對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行初始化,這些工作是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的啟動(dòng)程序完成。啟動(dòng)程序是嵌入式程序的開(kāi)頭部分,應(yīng)與應(yīng)用程序一起固化在ROM中,應(yīng)首先在系統(tǒng)上運(yùn)行的啟動(dòng)程序應(yīng)包含各模塊中可能出現(xiàn)的所有段類(lèi),并合理安排他們的次序。

　　啟動(dòng)程序一般流程如下：

　　（1） 設(shè)置入口指針

　　（2） 設(shè)置中斷向量
　
　　ARM7要求中斷向量必須設(shè)置從0地址開(kāi)始,連續(xù)8*4字節(jié)的空間,分別是復(fù)位、未定義指令錯(cuò)誤、軟件中斷、預(yù)取指令中斷、數(shù)據(jù)存取錯(cuò)誤、IRQ、FIQ和一個(gè)保留的中斷向量

　　（如果ROM位于0地址,向量表包含一系列指令跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序,否則向量必須被動(dòng)態(tài)初始化。可以在啟動(dòng)程序中添加一段代碼,使其在運(yùn)行時(shí)將向量表拷貝到0地址開(kāi)始的存儲(chǔ)空間）

　　對(duì)于各未用的中斷,用一個(gè)只包含返回指令的啞函數(shù),以防止錯(cuò)誤引起系統(tǒng)的混亂。

　　（3） 初始化堆棧和寄存器

　　取決于使用了哪些中斷,一般系統(tǒng)需要處理哪些錯(cuò)誤類(lèi)型。一般來(lái)說(shuō)管理者堆棧必須設(shè)置,如果使用了IRQ中斷,則IRQ堆棧必須設(shè)置。

　　如果系統(tǒng)使用了DRAM或者其他的外設(shè),則需要設(shè)置相關(guān)的寄存器,以確定其刷新頻率,數(shù)據(jù)總線寬度等信息

　　（4） 初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)

　　有些芯片可通過(guò)寄存器編程初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng),而對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)通常集成了MMU來(lái)管理內(nèi)存

　　（5） 如果有必要改變處理器模式、狀態(tài)

　　如果系統(tǒng)應(yīng)用程序是運(yùn)行在用戶(hù)模式下,可在此處將系統(tǒng)改為用戶(hù)模式并初始化用戶(hù)的堆棧指針。

　　（6） 初始化C語(yǔ)言所需要的存儲(chǔ)器空間

　　為正確運(yùn)行應(yīng)用程序,在初始化期間應(yīng)將系統(tǒng)需要讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)和變量從ROM拷貝到RAM里;一些要求快速響應(yīng)的程序,如中斷處理程序,也需要在RAM中運(yùn)行; 如果使用FLASH,對(duì)FALSH的檫除和寫(xiě)入也一定要在RAM里運(yùn)行。ARM公司軟件開(kāi)發(fā)工具包中的鏈接器提供了分布裝載的功能,可以實(shí)現(xiàn)這一目的。

　　（7） 呼叫C語(yǔ)言

　　ARM有兩種指令集：16位的Thumb指令集和32位的指令集。使用16位的存儲(chǔ)器可以降低成本,在這種情況下,Thumb指令集的整體執(zhí)行速度要比ARM32位指令集體,而且提高了代碼密度,所以一般用Thumb 編譯器將C語(yǔ)言 程序編譯成16位代碼。

　　處理器在一開(kāi)始總是處于ARM狀態(tài),可使用BX指令轉(zhuǎn)換到Thumb狀態(tài)呼喚C語(yǔ)言程序,要注意的是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的嵌入式程序時(shí),要避免使用不能被固化到ROM的庫(kù)函數(shù)。

　　技術(shù)難點(diǎn)分析

　　（1） MMU的使用

　　MMU 是存儲(chǔ)器管理單元的縮寫(xiě),是用來(lái)管理虛擬內(nèi)存系統(tǒng)的器件。MMU通常是CPU的一部分,本身有少量的存儲(chǔ)空間存放從虛擬地址到物理地址的匹配表。此表稱(chēng)作TLB（轉(zhuǎn)換旁置緩沖區(qū)）。所有數(shù)據(jù)請(qǐng)求都送往MMU,由MMU決定數(shù)據(jù)只在RAM中還是在大容量的存儲(chǔ)器設(shè)備內(nèi)。如果數(shù)據(jù)不在存儲(chǔ)空間內(nèi),MMU將產(chǎn)生頁(yè)面錯(cuò)誤中斷

　　MMU的兩個(gè)主要功能是：

　　將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址

　　控制存儲(chǔ)器存取允許。MMU關(guān)掉時(shí),虛地址直接輸出到物理地址總線。

　　在實(shí)踐中,使用MMU解決了以下幾個(gè)問(wèn)題：

　　a． 使用DRAM作為大容量存儲(chǔ)器時(shí),如果DRAM行列是非平方的,會(huì)導(dǎo)致該DRAM的物理地址不連續(xù),這將給程序的編寫(xiě)調(diào)試造成極大的不方便,而適當(dāng)?shù)呐渲肕MU可將其轉(zhuǎn)換成虛擬地址連續(xù)的空間

　　b． ARM內(nèi)核的中斷向量表放在0地址,對(duì)于ROM在0地址的情況,無(wú)法調(diào)用中斷服務(wù)程序,所以在調(diào)試階段有必要將可讀寫(xiě)的存儲(chǔ)器空間映射到0地址。

　　c． 系統(tǒng)的某些地址是不允許被訪問(wèn)的,否則會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的后果,為避免這類(lèi)錯(cuò)誤,可以通過(guò)MMU匹配表的設(shè)置將這些地址設(shè)為用戶(hù)不可以存取類(lèi)型;

　　d． 啟動(dòng)程序中生成的匹配表中包含地址映射,存儲(chǔ)頁(yè)面大小（1M、64K 或者4K）以及是否允許存取等信息。